CN115742876B - 一种燃料电池保电车的负载平衡系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池保电车的负载平衡系统及方法，涉及燃料电池车领域，包括：车载中控单元、第一继电器、电阻、第二继电器、第三继电器；第一继电器、第二继电器、第三继电器分别与车载中控单元连接，第一继电器并联设置在燃料电池与DCDC的连接线路上，电阻串联设置在第一继电器与燃料电池之间，第三继电器设置在动力电池与PDU的正极与正极，或负极与负极的连接线路上，且与第二继电器并联连接，通过车载中控单元实时监测终端负载、燃料电池、动力电池的运行状态，并控制第一继电器、第二继电器、第三继电器的断开、闭合，在满足保电车保电的同时，能够满足负载快速变化时的响应要求。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池车领域，一种燃料电池保电车的负载平衡系统及方法。
背景技术
在碳达峰和碳中和这一“双碳”目标下，绿色能源转型发展进入提速快车道，在这样的背景下，《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》的正式发布，明确了氢能发展的目标与工作任务，还提出相应保障措施，支撑绿色能源转型的发展。氢燃料电池保电车作为绿色环保的移动电源，将在氢能产业发展中发挥重要的示范作用。
目前的氢燃料电池车已经提出了总体系统构成，能够实现发电功能，但是对于实际使用中用户端的负载频繁变化，甚至负载突然断开这些使用中比较常见的情况没有应对策略，无法满足实际的功能需要。
用户端的负载变化是不可预知的，可能或高或低，且变化极快，但是燃料电池升降载速率都较低，无法快速响应。另外，如果用户端的负载突然下降，甚至断开，系统应有相应保护措施。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池保电车的负载平衡系统及方法，可以在满足燃料电池车保电的同时，应对各种负载变化。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种燃料电池保电车的负载平衡系统，所述燃料电池车保电系统与燃料电池、动力电池、直流变换器DCDC、电源分配单元PDU、逆变器、终端负载连接，用于监测及根据终端负载的运行状态控制所述燃料电池、动力电池、直流变换器DCDC、电源分配单元PDU、逆变器的运行，所述燃料电池与所述DCDC连接，所述DCDC与所述PDU连接，所述PDU与所述动力电池、逆变器连接，所述逆变器与所述终端负载连接；所述负载平衡系统包括：
车载中控单元，与所述燃料电池、动力电池、直流变换器DCDC、电源分配单元PDU、逆变器、终端负载连接，用于监测及根据所述终端负载的运行状态控制所述燃料电池、动力电池、直流变换器DCDC、电源分配单元PDU、逆变器的运行；
第一继电器，与所述车载中控单元连接，且并联设置在所述燃料电池与所述DCDC的连接线路上，用于在所述车载中控单元的控制下断开、闭合；
电阻，串联设置在所述第一继电器与所述燃料电池之间；
第二继电器，与所述车载中控单元连接，用于在所述车载中控单元的控制下断开、闭合；
单向开关，设置在所述动力电池与所述PDU的正极与正极，或负极与负极的连接线路上，与所述第二继电器并联连接，且只在电流从所述动力电池正极流向所述PDU正极，或从所述PDU负极流向所述动力电池负极时导通。
可选地，所述负载平衡系统包括：
第三继电器，与所述车载中控单元连接，并与所述单向开关串联，与所述第二继电器并联连接，用于在所述车载中控单元的控制下断开、闭合。
一种燃料电池保电车的负载平衡方法，应用于所述的一种燃料电池保电车的负载平衡系统，所述方法包括：
通过所述车载中控单元，实时监测所述动力电池的荷电状态SOC值f、最大充电功率d、输出功率a2，及所述燃料电池的输出功率a1、所述终端负载的负载功率b；且当所述燃料电池启动时，控制或保持所述第一继电器、第二继电器断开，第三继电器闭合；
当b＞0时，实时监测b的变化状态，并判断a1与b的大小；
若a1＜b，判断是否在向所述动力电池充电，若是，通过所述车载中控单元控制所述第二继电器断开，第三继电器闭合；并通过所述车载中控单元，控制所述动力电池以输出功率a2向所述PDU供电，同时控制所述燃料电池逐渐增大输出功率a1，保持a1+a2＝b，直至a1＝b，a2＝0；
若a1＞b，判断f与fmax的大小；fmax为所述SOC值f的最大值；
若f＜fmax，通过所述车载中控单元控制所述第二继电器闭合，第三继电器断开，并通过所述PDU分配功率b给所述终端负载，分配功率min(a1-b,d)给所述动力电池充电；
当b＞0，且直接降低为0时，通过所述车载中控单元控制所述第一继电器闭合，第二继电器、第三继电器断开。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的燃料电池保电车的负载平衡系统及方法，第一继电器、第二继电器、第三继电器分别与车载中控单元连接，第一继电器并联设置在燃料电池与DCDC的连接线路上，电阻串联设置在第一继电器与燃料电池之间，第三继电器设置在动力电池与PDU的正极与正极，或负极与负极的连接线路上，且与第二继电器并联连接，通过车载中控单元实时监测终端负载、燃料电池、动力电池的运行状态，并控制第一继电器、第二继电器、第三继电器的断开、闭合，在满足燃料电池车保电的同时，能够满足负载快速变化时的响应要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明燃料电池保电车的负载平衡系统的模块结构示意图；
图2为本发明燃料电池保电车的负载平衡方法的流程示意图一；
图3为本发明燃料电池保电车的负载平衡方法的流程示意图二；
图4为本发明燃料电池保电车的负载平衡方法的流程示意图三。
符号说明：
燃料电池FC-01、动力电池BAT-02、直流变换器DCDC-03、电源分配单元PDU-04、逆变器-05、终端负载-06、车载中控单元-1、整车控制模块VCU-11、燃料电池控制模块FCU-12、动力电池控制模块BMS-13、第一继电器-2、电阻-3、第二继电器-4、单向开关-5、第三继电器-6。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种燃料电池保电车的负载平衡系统及方法，可以在满足燃料电池车保电的同时，应对各种负载变化。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明燃料电池保电车的负载平衡系统，与燃料电池01、动力电池02、直流变换器DCDC03、电源分配单元PDU04、逆变器05、终端负载06连接，用于监测及根据终端负载06的运行状态控制所述燃料电池01、动力电池02、直流变换器DCDC03、电源分配单元PDU04、逆变器05的运行，所述燃料电池01与所述DCDC03连接，所述DCDC03与所述PDU04连接，所述PDU04与所述动力电池02、逆变器05连接，所述逆变器05与所述终端负载06连接；所述负载平衡系统包括：车载中控单元1、第一继电器2、电阻3、第二继电器4、单向开关5。
具体地，所述车载中控单元1与所述燃料电池01、动力电池02、直流变换器DCDC03、电源分配单元PDU04、逆变器05、终端负载06连接。所述车载中控单元1用于监测及根据所述终端负载06的运行状态控制所述燃料电池01、动力电池02、直流变换器DCDC03、电源分配单元PDU04、逆变器05的运行。
所述第一继电器2与所述车载中控单元1连接，且并联设置在所述燃料电池01与所述DCDC03的连接线路上。所述第一继电器2用于在所述车载中控单元1的控制下断开、闭合；
所述电阻3串联设置在所述第一继电器2与所述燃料电池1之间。
所述第二继电器4与所述车载中控单元1连接。所述第二继电器4用于在所述车载中控单元1的控制下断开、闭合。
所述单向开关5设置在所述动力电池02与所述PDU04的正极与正极，或负极与负极的连接线路上，与所述第二继电器4并联连接；且只在电流从所述动力电池02正极流向所述PDU04正极，或从所述PDU04负极流向所述动力电池02负极时导通。
此外，所述DCDC03用于将所述燃料电池01产生的第一直流电进行升压，得到升压直流电。
所述PDU04用于将所述升压直流电，分配给所述动力电池02、逆变器05；并将所述动力电池02提供的第二直流电，分配给所述逆变器05。
所述逆变器05用于将由所述PDU04分配的升压直流电，和所述第二直流电转换为交流电，并供给给所述终端负载06。
进一步地，所述车载中控单元1包括：整车控制模块VCU11、燃料电池控制模块FCU12、动力电池控制模块BMS13。
所述VCU11与所述FCU12、BMS13、电源分配单元PDU04、逆变器05、终端负载06连接。所述VCU11用于监测及根据所述终端负载06的运行状态控制所述FCU12、BMS13、电源分配单元PDU04、逆变器05的运行。
所述FCU12与所述燃料电池01、DCDC03、第一继电器2连接。所述FCU12用于监测及控制所述燃料电池01、DCDC03、第一继电器2的运行。
所述BMS13与所述动力电池02、第二继电器4连接。所述BMS13用于监测及控制所述动力电池02、第二继电器4的运行。
进一步地，如图1所示，所述负载平衡系统还包括：第三继电器6。
所述第三继电器6与所述车载中控单元1连接，并与所述单向开关5串联，与所述第二继电器4并联连接。所述第三继电器5用于在所述车载中控单元1的控制下断开、闭合。
通过设置所述第三继电器6，可以防止在所述单向开关5故障时，所述燃料电池01将所述动力电池02当做负载，进行非期望的充电；起到了保护所述动力电池02的效果。通过利用第三继电器6、单向开关5，可以确保任何情况下动力电池02不会被动接受燃料电池01的输出电能，防止了大电流充电对动力电池02的损坏甚至起火爆炸。
进一步地，如图2、图3、图4所示，本发明还提供了一种燃料电池保电车的负载平衡方法，应用于所述燃料电池保电车的负载平衡系统，所述方法包括：
通过所述车载中控单元，实时监测所述动力电池的荷电状态SOC值f、最大充电功率d、输出功率a2，及所述燃料电池的输出功率a1、所述终端负载的负载功率b；且当所述燃料电池启动时，控制或保持所述第一继电器、第二继电器断开，第三继电器闭合。
当b＞0时，实时监测b的变化状态，并判断a1与b的大小。
若a1＜b，判断是否在向所述动力电池充电，若是，通过所述车载中控单元控制所述第二继电器断开，第三继电器闭合；并通过所述车载中控单元，控制所述动力电池以输出功率a2向所述PDU供电，同时控制所述燃料电池逐渐增大输出功率a1，保持a1+a2＝b，直至a1＝b，a2＝0。
若a1＞b，判断f与fmax的大小；fmax为所述SOC值f的最大值。
若f＜fmax，通过所述车载中控单元控制所述第二继电器闭合，第三继电器断开，并通过所述PDU分配功率b给所述终端负载，分配功率min(a1-b，d)给所述动力电池充电。
当b＞0，且直接降低为0时，通过所述车载中控单元控制所述第一继电器闭合，第二继电器、第三继电器断开。
本发明所提供的燃料电池保电车的负载平衡系统及方法；能够令保电车保电的同时，满足负载快速变化时的响应要求；此外在满足保电需求的同时，最大程度提升经济性。
此外，在系统运行过程中，如果出现终端负载突然断开的情况，则第二继电器4、第三继电器6断开，进而保护了动力电池02，同时第一继电器2闭合，此时燃料电池01中大量的氢气和空气产生的电能，通过电阻3消耗掉，防止了燃料电池01的开路电压(Opencircuitvoltage，OCV)过高。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (2)
1.一种燃料电池保电车的负载平衡系统，其特征在于，所述燃料电池车保电系统与燃料电池、动力电池、直流变换器DCDC、电源分配单元PDU、逆变器、终端负载连接，用于监测及根据终端负载的运行状态控制所述燃料电池、动力电池、直流变换器DCDC、电源分配单元PDU、逆变器的运行，所述燃料电池与所述DCDC连接，所述DCDC与所述PDU连接，所述PDU与所述动力电池、逆变器连接，所述逆变器与所述终端负载连接；所述负载平衡系统包括：
车载中控单元，与所述燃料电池、动力电池、直流变换器DCDC、电源分配单元PDU、逆变器、终端负载连接，用于监测及根据所述终端负载的运行状态控制所述燃料电池、动力电池、直流变换器DCDC、电源分配单元PDU、逆变器的运行；
第一继电器，与所述车载中控单元连接，且并联设置在所述燃料电池与所述DCDC的连接线路上，用于在所述车载中控单元的控制下断开、闭合；
电阻，串联设置在所述第一继电器与所述燃料电池之间；
第二继电器，与所述车载中控单元连接，用于在所述车载中控单元的控制下断开、闭合；
单向开关，设置在所述动力电池与所述PDU的正极与正极，或负极与负极的连接线路上，与所述第二继电器并联连接，且只在电流从所述动力电池正极流向所述PDU正极，或从所述PDU负极流向所述动力电池负极时导通；
第三继电器，与所述车载中控单元连接，并与所述单向开关串联，与所述第二继电器并联连接，用于在所述车载中控单元的控制下断开、闭合；通过设置所述第三继电器，防止在所述单向开关故障时，所述燃料电池将所述动力电池当做负载，进行非期望的充电；通过利用第三继电器、单向开关，确保任何情况下动力电池不会被动接受燃料电池的输出电能，防止了大电流充电对动力电池的损坏甚至起火爆炸；
在所述负载平衡系统运行过程中，如果出现终端负载突然断开的情况，则第二继电器、第三继电器断开，同时第一继电器闭合，此时燃料电池中大量的氢气和空气产生的电能，通过电阻消耗掉。
2.一种燃料电池保电车的负载平衡方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的一种燃料电池保电车的负载平衡系统，所述方法包括：
通过所述车载中控单元，实时监测所述动力电池的荷电状态SOC值f、最大充电功率d、输出功率a2，及所述燃料电池的输出功率a1、所述终端负载的负载功率b；且当所述燃料电池启动时，控制或保持所述第一继电器、第二继电器断开，第三继电器闭合；
当b＞0时，实时监测b的变化状态，并判断a1与b的大小；
若a1＜b，判断是否在向所述动力电池充电，若是，通过所述车载中控单元控制所述第二继电器断开，第三继电器闭合；并通过所述车载中控单元，控制所述动力电池以输出功率a2向所述PDU供电，同时控制所述燃料电池逐渐增大输出功率a1，保持a1+a2＝b，直至a1＝b，a2＝0；
若a1＞b，判断f与fmax的大小；fmax为所述SOC值f的最大值；
若f＜fmax，通过所述车载中控单元控制所述第二继电器闭合，第三继电器断开，并通过所述PDU分配功率b给所述终端负载，分配功率min(a1-b,d)给所述动力电池充电；
当b＞0，且直接降低为0时，通过所述车载中控单元控制所述第一继电器闭合，第二继电器、第三继电器断开；
如果出现终端负载突然断开的情况，则控制第二继电器、第三继电器断开，同时控制第一继电器闭合，此时燃料电池中大量的氢气和空气产生的电能，通过电阻消耗掉；
通过设置所述第三继电器，防止在所述单向开关故障时，所述燃料电池将所述动力电池当做负载，进行非期望的充电；通过利用第三继电器、单向开关，确保任何情况下动力电池不会被动接受燃料电池的输出电能，防止了大电流充电对动力电池的损坏甚至起火爆炸。
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| GR01 | Patent grant | ||
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